В последнем докладе Ассоциация термоядерного синтеза (Fusion Industry Association, FIA) отмечает значительный рост инвестиции в коммерческий термоядерный синтез за последние 12 месяцев в сочетании с растущей уверенностью во временных масштабах, в которые термоядерная энергия станет реальностью. Институт развития технологий ТЭК (ИРТТЭК) подготовил материал по данной теме.
Опрос групп, занимающих термоядом, показал, что частные термоядерные компании инвестировали в исследования более 4,8 миллиарда долларов, в том числе 2,83 миллиарда долларов в виде нового финансирования в прошлом году, что на 139% больше, чем указывалось в прошлогоднем отчете.
Основные тезисы нового доклада FIA:
- За последние 12 месяцев на рынок вышли восемь новых термоядерных компаний.
- Шесть компаний в настоящее время привлекли в общей сложности более 200 миллионов долларов, с заметными инвестициями в прошлом году, в том числе более 1,8 миллиарда долларов для Commonwealth Fusion Systems и 500 миллионов долларов для Helion Energy.
- Большая часть заявленного финансирования ($4,7 млрд) поступает из частных источников, в то время как $117 млн составляют гранты и другое государственное финансирование.
- Более 93% респондентов теперь считают, что термоядерная энергия будет включена в сеть к 2030-м годам, по сравнению с 83% в прошлом году.
- 84% считают, что термоядерная установка продемонстрирует достаточно низкую стоимость и достаточно высокую эффективность, чтобы считаться коммерчески жизнеспособной в те же сроки.
- Производство электроэнергии остается основным рынком для 85% игроков термоядерного синтеза, за которым следуют автономные источники энергии или водорода и чистого топлива (каждый из которых назван 27% респондентов).
«Результаты этого отчета показывают, что термоядерный синтез находится на пути к коммерческой значимости, в то время, когда мир отчаянно нуждается в новых вариантах чистой энергии», – комментирует Эндрю Холланд, генеральный директор FIA.
«По мере того, как мы реагируем на кризисы сегодняшнего дня, инвестиции в термоядерный синтез помогут обеспечить мир энергией в долгосрочной перспективе, устранив нашу зависимость от ископаемого топлива – и тех, кто контролирует его – раз и навсегда. С ускорением инвестиций становится все более вероятным, что коммерческий синтез станет реальностью в течение следующих двух десятилетий, обеспечивая основу для процветания, безопасности и защищенности на многие годы вперед», – говорит Холланд.
Основные долгосрочные проекты по термоядерному синтезу сегодня ведутся в 10 странах.
Работа над термоядом началась в 60-е годы прошлого века, но до сих пор ни одно из направлений даже близко не подошло к демонстрации возможности его коммерческого применения.
Наибольших успехов, по-видимому, достигли британские ученые. В начале марта текущего года базирующаяся в Оксфорде группа Tokamak Energy заявила о достижении на установке ST40 самой высокой температуры, когда-либо достигнутой в конструкциях типа «токамак» (удержание водородно-дейтериевой-тритиевой плазмы в магнитном поле). Группа, финансируемая из частных источников, заявила, что хотя несколько правительственных лабораторий сообщали ранее о температуре плазмы выше 100 миллионов градусов по Цельсию в обычных токамаках, она смогла достигнуть данного результата всего за пять лет при инвестициях менее 50 миллионов фунтов стерлингов (66 миллионов долларов США) в гораздо более компактном термоядерном устройстве. Обычный токамак имеет форму бублика, а оксфорды работают со сферическим токамаком.
Экономический аспект принципиален, так, на самый «передовой» международный проект токамака ИТЭР во Франции предполагается потратить 19 млрд долларов, и он строится с 2010 года.
Устройство ST40 теперь будет проходить модернизацию и использоваться для разработки технологий для будущих устройств. Первый в мире сферический токамак ST-HTS со сверхпроводящими высокотемпературными магнитами должен быть введен в эксплуатацию в середине 2020-х годов. Это устройство, уверяют в группе, продемонстрирует множество передовых технологий, необходимых для термоядерной энергии, и послужит основой для проектирования первой в мире экспериментальной установки по термоядерному синтезу, которая будет введена в эксплуатацию в начале 2030-х годов.
Еще один перспективный британский проект – Joint European Torus (JET). В начале года исследователи сообщили о получении в общей сложности 59 мегаджоулей тепловой энергии от синтеза в течение пяти секунд. Работы с JET, в котором используется дейтериево-тритиевая плазма, рассматриваются как «жизненно важный испытательный стенд» для ИТЭР и будущих термоядерных электростанций.
Получение положительного выхода энергии от слияния ядер дейтерия и трития (возможны и другие сочетания легких ядер) – только первый и еще не до конца подтвержденный этап на пути к демонстрации осуществимости термоядерного синтеза. А ученые уже думают над следующим этапом – строительством установок, получивших название DEMO. В этих установках будут отрабатывать принципы использования тепла от термоядерных реакций для получения электроэнергии (это основное направление, хотя есть проекты использования термоядерных реакторов для получения водорода, промышленного тепла, в качестве двигателей космических аппаратов).
В Китае, например, был достигнут существенный прогресс в планировании строительства Китайского испытательного термоядерного реактора (CFETR). Это устройство поможет преодолеть разрыв между ИТЭР и DEMO. Сооружение CFETR начнется в 2020е годы, после чего в 2030-е годы будет построена установка DEMO.
Индия объявила, что примерно в 2027 году она планирует приступить к сооружению устройства под названием SST-2, предназначенного для проверки концепций и элементов реактора для DEMO, а в 2037 году — к строительству самой установки DEMO.
Японская объединенная специальная проектная группа по термоядерной установке DEMO в настоящее время работает над концептуальным проектом с непрерывным потоком плазмы (JA DEMO). Строительство должно начаться около 2035 года.
В 2012 году Республика Корея начала разработку концептуального проекта установки K-DEMO, намереваясь к 2037 году приступить к ее строительству. На первом этапе (2037–2050 годы) K-DEMO будет использоваться для разработки и тестирования элементов, которые затем будут реализованы в ее конструкции. На втором этапе (после 2050 года) предполагается, что она сможет обеспечить выработку нетто-электроэнергии.
Российская Федерация планирует создать гибридную установку синтеза-деления с термоядерным источником нейтронов (ДЕМО-ТИН), в которой полученные в результате термоядерного синтеза нейтроны будут использоваться для преобразования урана в ядерное топливо и ликвидации радиоактивных отходов. ДЕМО-ТИН планируется построить к 2023 году в рамках национальной ускоренной стратегии по созданию термоядерной электростанции к 2050 году.
Эксперты по термоядерному синтезу в Соединенных Штатах Америки недавно опубликовали два доклада, в которых рекомендуется начать национальную научно-техническую программу, предусматривающую налаживание государственно-частного партнерства, чтобы в конечном итоге сделать термоядерный синтез коммерчески рентабельным. Этого планируется достичь в 2035–2040 годах, чтобы сделать страну одним из лидеров в области термоядерного синтеза и ускорить ее переход к низкоуглеродной энергетике к 2050 году.
Перед создателями термоядерных реакторов стоит множество очень сложных проблем. Например, в процессе синтеза рождаются нейтроны с энергией 14 МэВ, такие нейтроны проходят через стальную стенку в 8 см. На упомянутом выше JET стенка реактора через несколько месяцев экспериментов стала настолько радиоактивной, что ученым пришлось сделать робота для обслуживания реактора. И это не самая большая проблема.
Ученые и политики будут заниматься установками термоядерного синтеза несмотря ни какие, даже самые отрицательные сегодняшние результаты, потому что ставка слишком высока: на единицу веса термоядерного топлива энергии выделяется в четыре миллиона раз больше, чем при сжигании такого же количества угля, нефти или газа. К тому же «зеленые» активисты пока не напуганы проблемой радиоактивных отходов от работы термоядерной установки, которых будет меньше, чем при работе обычного атомного реактора деления на уране, но все равно достаточно.
